Генетическое открытие раскрывает ключевой инструмент производства морфина в маке

Учёные из Йоркского университета и GlaxoSmithKline (GSK) Австралия совершили ключевое генетическое открытие в маке, прокладывая путь к созданию более эффективных обезболивающих.

Открытие, опубликованное в последнем выпуске Science, раскрывает давно разыскиваемый ген, который считается критическим шагом-шлюзом в синтезе алкалоидов класса морфинанов, включающих обезболивающие препараты морфин и кодеин.

Ген, названный STORR, обнаружен только у видов мака, производящих морфинаны. Ген STORR эволюционировал, когда два других гена, кодирующих ферменты оксидазу и редуктазу, объединились миллионы лет назад. Получившееся слияние генов играет ключевую роль в производстве морфина.

Учёные надеются, что это позволит вывести специальные сорта мака, включая те, что производят противораковое соединение носкапин. Открытие гена STORR завершает набор генов, необходимых для генной инженерии производства морфина в микробах, таких как дрожжи. Сможет ли это конкурировать коммерчески с производством на основе растений, пока неизвестно.

Прорыв произошёл, когда учёные идентифицировали растения мака, которые не могли производить морфин или кодеин, но вместо этого накапливали другое соединение — (S)-ретикулин. У этих растений были обнаружены мутации в гене STORR. Эти мутации вызывают «дорожный затор» на пути производства морфина в растениях мака. Учёные смогли показать, что немутИрованный ген дикого типа может преодолеть этот затор, экспрессируя его в дрожжевых клетках.

Профессор Ян Грэм, руководивший исследованием в Центре новых сельскохозяйственных продуктов на базе факультета биологии Йоркского университета, сказал: «Растения производят удивительный спектр природных химических веществ. Открытие этого слияния генов STORR даёт нам новое понимание того, как растения мака эволюционировали для производства самых эффективных обезболивающих, известных человеку».

Природные опиаты класса морфинанов включают морфин, кодеин и тебаин. Морфин и кодеин могут напрямую использоваться как анальгетики. Тебаин широко используется в качестве отправной точки для синтеза ряда полусинтетических опиатов, включая гидрокодон, гидроморфон, оксикодон и оксиморфон. Тебаин также используется для синтеза антагониста опиоидов налоксона, применяемого для нейтрализации эффектов передозировки опиатами.

Доктор Тило Винцер, ведущий автор публикации в Science, сказал: «Опийный мак — одно из важнейших лекарственных растений. Образование белка-слияния, вероятно, было ключевым эволюционным событием в его способности синтезировать фармацевтически важные алкалоиды-морфинаны».

Открытие гена STORR завершает набор генов, которые, как считается, необходимы для производства морфинанов в микробных системах. Растения остаются проверенной и эффективной производственной системой, дающей килограммовые количества активных фармацевтических ингредиентов (API) на гектар при относительно низкой стоимости. Открытие гена STORR может позволить оценить альтернативный путь поставок.

Тим Боузер, глава отдела НИОКР подразделения опиатов GSK Australia, сказал: «Открытие гена STORR даёт нам новый инструмент для молекулярной селекции растений, делая её быстрее и проще. GSK использует это открытие для разработки специальных коммерческих сортов мака».